ASTM A370 鋼材機械性能測試方法與定義
ASTM A370 是一項國際公認且全面的綜合性標準，主要規範鋼製品的機械性能測試，廣泛應用於建築、機械工程、汽車及航太等產業領域。 其確保鋼製品滿足強度、延展性與安全性的高標準要求，並為產業應用、研究開發及品質保證提供可靠依據。
為根據產品規格測定所需的材料特性，ASTM A370 規範多種測試方法，如拉伸測試、彎曲測試、布氏及洛氏硬度測試、可攜式硬度測試，以及簡支樑（Charpy）衝擊測試。 ASTM A370 主要著重於拉伸測試。
以下內容將闡述其中的關鍵要點。 然而，若要進行符合 ASTM A370 標準的測試，必須購買完整的標準。
參考 ASTM A370 中的附加標準
ASTM A370 不僅規範鋼製品機械性能測試的基本測試方法，並參照 ASTM 標準目錄中的其他測試標準。 需特別說明的是，ASTM 標準（如 ASTM A370）中的「A 標準」指的是鋼鐵材料（「A」代表「鐵金屬」）。 相對地，諸如 ASTM E8 等的 E 標準通常指的是測試方法與實務（「E」代表「測試方法與實務」）。
ASTM A370 與相關指定 ASTM 標準之間的差異包括試樣幾何形狀。
除相關 ASTM 標準外，表格中亦包含與 ASTM A370 結合使用的相關 ISO 標準。
| ASTM A370 中的測試方法 | 參考 ASTM 標準 | 對應 ISO 標準 |
|---|---|---|
| 環境溫度下的拉伸測試 | ||
| 彎曲測試 | ASTM E290 ASTM E190 | |
Rockwell 硬度 Brinell硬度 維氏硬度 | ||
| 簡支樑衝擊測試 |
依據 ASTM A370 進行拉伸測試
拉伸測試是測定鋼材及其他材料機械特性的關鍵方法。 標準試樣在逐漸增加的拉伸負載下進行測試，直至其斷裂。
根據 ASTM A370 標準進行的拉伸測試，主要測定以下材料特性：
最重要的測定特徵值為降伏點、拉伸強度和斷裂應變。這些數值提供材料在受力狀態下的行為資訊，對於汽車工業、機械工程或航空航太等各類應用領域的材料選用具有決定性的影響。
環境溫度拉伸測試係根據 ASTM E8 或 ISO 6892-1 等國際標準規範進行。 讓試樣承受準靜態拉伸應力，同時持續測量其作用力和應變。 降伏點表示材料開始塑性變形的臨界點，而拉伸強度表示材料所能承受的最大負載。斷裂應變說明材料在斷裂前發生塑性變形的能力。
除室溫下的這些特徵值外，拉伸測試亦可在其他條件下進行，例如根據 ASTM E21 或 ISO 6892-2 標準在高溫下測試，以評估材料在特定應用領域的行為表現。 這些測試攸關鋼製品的品質保證，有助於確保材料適用於各類工業應用。
ZwickRoell 試驗機配備機電加載系統，可精確控制測試速度。
ASTM A370 試樣拉伸測試與尺寸
ASTM A370 規定在拉伸測試中應使用扁平或圓形試樣。 以下為試樣尺寸與 ASTM E8 標準的比較。 下表列出根據 ASTM A370 標準制定的扁平試樣標準化尺寸。 該標準說明三種不同的試樣類型，其差異在於板材厚度。 這些試樣包括由金屬板製成的平板拉伸試樣（「薄板類型」）、由厚板製成的「厚板類型」試樣，以及「次尺寸試樣」。
相較於 ASTM E8 標準，可發現僅有次尺寸試樣在公制單位的試樣寬度上略有差異。ASTM E8 提供了數種不同標距長度的試樣幾何形狀，這些在 ASTM A370 中並未提及。
整體而言，對於拉伸測試中的平面與圓形試樣來說，ASTM A370 與 ASTM E8（M）之間的試樣幾何形狀非常相似。然而，兩者之間仍存在差異 — 特別是在公制系統中，使用時應加以注意。
扁平試樣
| 類別 | 板材厚度 | 測量類型 | ASTM A370 | ASTM E8 |
|---|---|---|---|---|
| 扁平拉伸試樣“板材型” | 1 吋（最大 25 mm） | 標距長度（G） | 2.0 吋（50 mm） | 2.0 吋（50 mm） |
| 寬度（W） | 0.5 吋（12.5 mm） | 0.5 吋（12.5 mm） | ||
| 重型板試樣“I 型板” | 3⁄16 吋 (最小 5 mm) | 標距長度（G） | 8.0 吋（200 mm） | 8.0 吋（200 mm） |
| 寬度（W） | 1.5 吋（40 mm） | 1.5 吋（40 mm） | ||
| 重型板試樣“II 型板” | 3⁄16 吋 (最小 5 mm) | 標距長度（G） | 2.0 吋（50 mm） | 2.0 吋（50 mm） |
| 寬度（W） | 1.5 吋（40 mm） | 1.5 吋（40 mm） | ||
| 最小試樣“小尺寸試樣” | 1⁄4 吋（最大 6 mm） | 標距長度（G） | 1.0 吋（25 mm） | 1.0 吋（25 mm） |
| 寬度（W） | 0.25 吋 （6.25 mm） | 0.25 吋 （6.0 mm） |
圓形試樣
ASTM A370 亦規定圓形試樣的幾何形狀： 下表列出依據 ASTM A370 標準制定的圓形試樣標準化尺寸。該標準說明多款試樣類型，這些類型在試樣的圓角半徑與直徑上有所不同。平行長度（「頸縮區長度」）也各不相同。 具體差異請參閱下表。 相較於 ASTM E8 標準，這些數值差異主要體現在轉換為公制單位時，同時標距長度也有所不同。 這主要影響標準試樣 2 與小尺寸試樣 1。
| 類別 | 測量類型 | ASTM A370 (in) | ASTM A370 (mm) | ASTM E8 (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 標準試樣＂標準試樣 1＂ | 標距長度 G | 2.0 | 50.0 | 50.0 |
| 圓角半徑 R（試樣頸縮區與夾持區之間的過渡圓角） | 3/8 | 10.0 | 10.0 | |
| 平行長度 A（縮頸區長度） | 2.25 | 60.0 | 56.0 | |
| 標準試樣＂標準試樣 2＂ | 標距長度 G | 1.4 | 35.0 | 36.0 |
| 圓角半徑 R（試樣頸縮區與夾持區之間的過渡圓角） | 0.25 | 6.0 | 8.0 | |
| 平行長度 A（縮頸區長度） | 1.75 | 45.0 | 45.0 | |
| ＂小尺寸試樣 1＂ | 標距長度 G | 1.0 | 25.0 | 24.0 |
| 圓角半徑 R（試樣頸縮區與夾持區之間的過渡圓角） | 3/16 | 5.0 | 6.0 | |
| 平行長度 A（縮頸區長度） | 1.25 | 32.0 | 30.0 | |
| ＂小尺寸試樣 2＂ | 標距長度 G | 0.64 | 16.0 | 16.0 |
| 圓角半徑 R（試樣頸縮區與夾持區之間的過渡圓角） | 5/32 | 4.0 | 4.0 | |
| 平行長度 A（縮頸區長度） | 0.75 | 20.0 | 20.0 |
依據 ASTM A370 進行彎曲測試
彎曲測試為一種經驗證的方法，可用於評估鋼材與金屬的延展性。 讓試樣沿特定內徑彎曲至特定的角度。 該測試取決於多項因素，例如鋼材的彎曲角度、橫截面、化學成分、拉伸強度以及硬度等。
這些測試方法係根據 ASTM E190 與 E290 標準進行。 該測試通常在環境溫度下進行，此時彎曲速度若足夠緩慢（準靜態），則不會產生顯著影響。
其他彎曲測試標準包括 ISO 7438 與 ISO 8491。
我們現代化的 ZwickRoell 試驗機與嚴格的品質管控，使我們能為您的鋼製品提供可靠且符合標準的測試結果。
依據 ASTM A370 標準進行硬度測試
附錄 1： 鋼筋產品
棒材和桿材的品質保證採用特定測試方法進行，其標準超越一般規範。 直徑小於 13 mm 的鋼筋無需進行拉伸測試，但如有必要仍可執行。 彎曲測試的執行方式會因製程（熱軋或冷軋）而有所不同。 進行硬度測試時，可能需要去除一層材料以確保結果準確。 這些測試可確保鋼筋符合高機械要求，並確保其品質獲得可靠檢查。
附錄 3：鋼製緊固件
對於螺栓、螺絲及螺帽等緊固件的測試，需進行拉伸測試，以檢驗其最小斷裂負載及保證負載。 如有需要，可將螺栓縮短至標準長度，以符合測試方法的要求。 螺栓與螺帽的硬度測試會依尺寸與規格，採用布氏硬度或洛氏硬度方法進行。 對於大型螺帽，需進行橫截面硬度測試，以確保緊固件即使在極端負載下仍能可靠運作，並符合規定的標準。
附錄 5：Charpy 簡支樑衝擊測試
Charpy 衝擊測試和 Izod 衝擊測試用於研究金屬在衝擊負載下的行為，從而評估衝擊負荷下的脆性和延展性。 這些測試提供量化的數值，使不同材料與製程之間得以相互比較。 該測試顯示材料從延展性變為脆性的溫度，有助於為特定應用選擇合適的材料。 對於高強度鋼而言，必須特別注意測試條件是否正確，因為這些條件會對測試結果產生顯著影響。 儘管存在限制，這些測試仍是材料選用及品質管控的重要工具。
關於作者：
Dr. Harald Schmid
全球金屬產業經理 | ZwickRoell GmbH & Co. KG
作為全球產業經理，他負責金屬產業的策略規劃，重點包括市場觀察、測試解決方案的持續開發，以及國際環境下的銷售支援。
他標準化工作方面擁有豐富經驗，並積極參與多個委員會，包括國際 ISO 委員會 ISO/TC 164 金屬機械測試，國家 DIN 工作小組，例如 NA 062-01-42 AA 金屬拉伸和延展性測試與 NA 062-01-47 AA 金屬衝擊測試及金屬管材機械技術測試。
他的學術生涯始於卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute of Technology，簡稱 KIT）攻讀機械工程學士與碩士學位（B.Sc. & M.Sc.）。在擔任過多個跨國機械工程相關職務後，他曾在埃爾朗根-紐倫堡大學擔任研究助理，研究重點為材料特性分析與板材成形技術。他的博士論文專注於以拉延筋方式的深拉成形工藝研究。
